用于制造聚氨酯运动地板的方法、设备和系统与流程

本发明涉及一种用于制造聚氨酯地板，特别是运动地板的方法、设备和系统。

背景技术：

用于运动场地的地板，例如用在跑道或安全操场，由聚氨酯，特别是聚氨酯泡沫制成。通过使异氰酸酯组分与多元醇组分反应制备聚氨酯。将聚氨酯泡沫施加于地面后，将其平滑化并调平到预定的粗糙度和水平。在平滑和调平过程之后，聚氨酯泡沫固化。

de202010012456u1示出了将聚氨酯地板施加于地面的设备。该设备是可移动的，由此当设备在地面上移动时，将基本材料以车道的形式施加到地面。在将基础材料施加到地面之后，用位于施加单元后面的刮刀平滑基础材料的表面。刮刀还可以去除多余的基础材料。

技术实现要素：

本发明提供了一种改进的用于制造用在运动场地的聚氨酯或聚氨酯橡胶地板的方法，其具有预定的泡沫结构、柔韧性、弹性和阻尼性能，在整个跑道或操场表面上是一致的。所公开的发明可以允许在宽范围的温度和湿度条件下以及甚至在安装过程期间改变框架条件下实现预定的泡沫形态。对于相当大的运动表面，例如跑道或田径运动的表面，安装条件可能在安装期间显著变化，例如聚氨酯泡沫可能遇到的温度和阳光的量可能会有所不同。因此，当封闭的气泡随温度膨胀或塌缩或者显示与湿度的不受控制的反应时，跑道的不同部分可能最终具有不同的泡沫厚度。这本身通常导致泡沫层发泡增强，造成不均匀的表面或不规则的泡沫结构。表面温度可在5℃至60℃之间变化，通常达到20℃至40℃。

下面描述本发明的产品以及在独立权利要求中用于制造聚氨酯地板的设备和系统。从属权利要求中给出了实施例。

一方面，本发明提供了一种用于制造用在运动场地的聚氨酯地板的方法，其中使用车辆将用于聚氨酯地板的聚氨酯泡沫施加到至少两个车道的地面，其中所述至少两个车道被布置为彼此邻近并且第一车道的侧边缘与聚氨酯地板的相邻第二车道的侧边缘接触，其包括以下步骤：

-提供包含异氰酸酯组分和多元醇组分的聚氨酯反应组分，

-确定环境数据，

-确定用于混合聚氨酯反应组分的工艺参数，其中所述工艺参数取决于环境数据，

-通过使用具有确定工艺参数的泡沫发泡工艺并使用车辆的混合单元混合异氰酸酯组分和多元醇组分来混合用于聚氨酯地板的泡沫，

-使用连接到所述混合单元的施加单元将泡沫的第一车道施加到地面，以及

-使用连接到所述混合单元的施加单元将泡沫的第二车道施加到地面，其中第二车道的侧边缘与第一车道的侧边缘接触。

确定用于混合聚氨酯反应组分的工艺参数，使得在施加第二车道的泡沫之前第一车道的泡沫未固化。

聚氨酯(pu)泡沫(本文中也称为“基础材料”或“泡沫”)的固化时间可以取决于各种条件：特别是环境条件。例如，高温、阳光直射或低相对湿度可能会加速固化过程。否则，低温可能会延长固化过程。如果固化过程短，则在施加相邻的第二车道之前可以固化第一车道的基本材料，使得不能保证牢固粘合和平滑表面。另一方面，固化过程不应该花费太多时间以避免在固化过程中损坏表面。

根据本发明的方法可以具有可以根据环境条件来修改该过程的优点。因此，可以影响固化过程，使得固化时间在由环境条件确定的限定的界限内。通过搅拌空气到聚氨酯材料中或通过压缩聚氨酯泡沫并通过允许经压缩的泡沫的自由膨胀来包含空气。在一个实施例中，聚氨酯泡沫是通过供给有pu物质的管或管式反应器的振荡产生的，并且通过管的振荡来实现压缩和膨胀效果。

在一个实施例中，所用pu制剂包含基于mdi的nco末端预聚物，其由基于2,4'、4,4'和2,2'mdi单体的预聚物的同分异构体混合物制备，nco含量为1.5-18重量％，2,2mdi在1％和40％之间。优选的多元醇是标准或封端的活性聚醚多元醇，如平均分子量为100至6000的聚丙二醇。在非常优选的实施例中，使用分子量为2000-4000的高分子量伯羟基封端的二醇，其羟基数目为25-60mgkoh/g，以产生nco末端预聚物。作为羟基末端组分，可以使用支链蓖麻油基多元醇，其通常通过与酮树脂反应的热和酶性酯交换过程(encymatictransesterificationprocess)生成。反应性可以通过使用通常合适的金属-有机催化剂(例如二丁基锡或二月桂酸酯)来调节。

在另一个实施例中，nco末端预聚物和oh末端多元醇在10-25℃下冷却，并通过静态混合器以预定比例泵送，转移至泡沫混合单元-例如上述振荡反应管。

为了避免不期望的过度发泡，可以使用像沸石或者任何其它分子筛或干燥剂之类的吸水添加剂。在一个实施例中，干燥剂可以具有3-5埃的孔径，并且在多元醇重量的0.1-3重量％的范围内使用，在非常优选的实施例中，为多元醇重量的0.5-2％。

为了改善固化时间的控制，可以向泡沫中加入附加的聚氨酯形成成分。聚氨酯形成成分的类型和量取决于所测量的环境数据，并且其中选择聚氨酯形成成分，使得在施加第二车道的泡沫之前第一车道的泡沫未固化。此外，可以使用聚氨酯形成成分以定制聚氨酯地板的特性。

附加的聚氨酯形成成分可以包括以下的一种或多种：添加剂，发泡剂，压缩空气或活化剂或其它用于聚氨酯地板的已知添加剂。

制造的泡沫可以通过硅酮高剪切泡沫稳定剂来稳定，其以200-400kg/m³的泡沫密度增强胞稳定性，优选为100-600kg/m³。在一个实施例中，以0.1重量％至4重量％，优选1重量％至2重量％使用硅酮泡沫稳定剂。此外，可以使用多种颜料和填料，如碳酸钙、膨润土，以进一步稳定泡沫并加强其结构。

在一个实施例中，泡沫层仅仅是具有几层的结构的一层。泡沫层可以包含橡胶颗粒，其例如可以是但不限于：苯乙烯丁二烯橡胶(sbr)或硫固化的乙烯丙烯二烯单体橡胶(epdm)颗粒。橡胶颗粒可以与泡沫高弹性恢复力和良好的阻尼性能(实现例如在15℃的温度下>40％的冲击吸收)相结合。

环境数据可以包括影响泡沫固化时间的以下一个或多个：空气温度，地面温度，相对湿度和/或其它气候数据。例如，可以并入天气预报和/或一天中的时刻以便事先确定较高的温度和/或较低的湿度。此外，环境数据可以包括地板的尺寸和几何形状，以便确定施加与第一车道相邻的第二车道所需的时间。此外，可以考虑聚氨酯地板的厚度。

环境数据可以由传感器测量。为了确定环境数据，单个传感器可能就足够了。在另一个实施例中，环境数据可以在地面的各个位置测量。这样可以具有能以更高可靠性确定环境数据的优点。单个传感器可以位于不好的位置，例如在阴影中。使用多个传感器可以降低测量的环境条件不正确的风险。

例如，可以在制造聚氨酯地板之前定位用于环境数据的固定传感器。这可以具有这样的优点，即可以在施加过程开始之前确定要涂覆聚氨酯地板的场地的各种位置的条件，并且能够预先规划工艺参数。工艺参数以及聚氨酯形成成分的类型和量可以适应于最高测量温度，或者可以在应用过程期间改变，以使固化时间适应具有不同温度的地板的不同区域。此外，可以创建温度图，以便根据该图的环境数据和当前位置来适应工艺参数以及聚氨酯形成成分的类型和量。可以从气象服务测量或甚至接收该温度图。

或者或另外，可以使用结合到车辆中的传感器来测量环境数据。这可以具有以下优点：可以在施加泡沫的位置测量环境数据，使得在施加泡沫时测量环境条件。

此外，可以连续地测量环境数据，并且可以连续地调整工艺参数以及聚氨酯形成成分的类型和量以适应测量的环境数据。这可以具有这样的优点，即可以对正在变化的环境条件修改工艺。

在另一个实施例中，输入工艺参数到控制单元中。控制单元配置为使用工艺参数而控制泡沫的混合来调节聚氨酯泡沫的固化时间以响应的环境数据的变化。

在另一个实施例中，测量的环境数据可以存储在控制系统的存储器中，并且根据存储的环境数据来调整工艺参数以及聚氨酯形成成分的类型和量。

此外，可以测量用于将泡沫施加到地面的设备的位置和/或速度，并且根据车辆的位置和速度来调整工艺参数以及聚氨酯形成成分的类型和量。

在本发明的另一方面，特别是使用根据本发明的方法的用于将用在运动场地的聚氨酯地板制造成地面的设备。该设备可以是车辆。该设备包括用于包含异氰酸酯组分和多元醇组分的聚氨酯反应组分的罐，用管道连接到用于异氰酸酯组分和多元醇组分的罐的混合单元。混合单元包括用于制造聚氨酯发泡泡沫的装置。提供了用于计量流入混合单元的异氰酸酯组分和多元醇组分的量的阀。此外，该设备包括连接到混合单元的用于将混合的泡沫施加到地面的施加单元，用于相对于地面驱动该设备的驱动单元，用于使所施加的泡沫的表面平整的调平单元和控制单元。控制单元连接到阀，并且配置为用于测量和/或接收环境数据，确定根据环境数据的混合聚氨酯反应组分的工艺参数，以及用于根据确定的工艺参数控制阀、驱动单元和调平单元。

该设备可以设置有用于至少一种另外的聚氨酯形成成分的至少一个罐。该罐通过管道连接到混合单元。该罐包括连接到控制单元的阀。控制单元配置为根据测量和/或接收到的环境数据来控制阀。

该设备还可以包括用于确定该设备的位置的诸如全球定位系统的定位系统，和/或用于确定施加到地面的泡沫的车道侧边缘的单元。控制单元可以配置为根据该设备的确定位置和/或施加到地面的车道的泡沫侧边缘的确定位置来控制驱动单元。

在另一个实施例中，车道的宽度限于该设备的尺寸。为了制造宽度大于该设备尺寸的地板，可以一个接一个地制造几个车道。施加第二车道，使得第二车道的侧边缘与第一车道的侧边缘接触。第二车道的基本材料与第一车道的材料牢固地接合。为了提供聚氨酯地板的平滑均匀的表面，并且确保两个相邻车道的材料的牢固接合，当施加第二车道时，第一车道的基本材料不应该完全固化。

在另一个实施例中，控制单元配置为通过修改工艺参数而控制泡沫的混合来调整聚氨酯地板的固化时间以响应于环境数据的变化。

在另一个实施例中，控制单元还配置为调节固化时间，使得固化时间比最短固化时间长。使用环境数据确定最短固化时间。

在另一个实施例中，该设备还包括温度控制单元，其在混合单元中混合之前通过温度控制单元中将异氰酸酯组分和多元醇组分保持在预定温度范围内。

在另一个实施例中，预定温度范围在5℃和35℃之间。

在另一个实施例中，预定温度范围更优选在10℃和25℃之间。

在本发明的另一方面，提供了一种特别是使用根据本发明的方法的用于制造用在运动场地的聚氨酯地板的系统。该系统包括根据本发明的设备和用于测量环境数据的至少一个传感器，其中传感器连接到设备的控制单元。

传感器可以附接到设备。

或者，传感器可以固定地定位在地面上，并且包括用于将环境数据发送到控制单元的发射器。控制单元包括用于从传感器接收环境数据的接收器。

附图说明

在本发明的下面的实施例中，仅通过举例的方式，参照附图进行了更详细地的解释，附图中：

图1示出了用于在地面上施加聚氨酯地板的设备的示意图，

图2示出了将聚氨酯地板施加于地面的方法的第一实施例的示意图，

图3示出了将聚氨酯地板施加于地面的方法的第一实施例的示意图，以及

图4示出了施加在地面上的聚氨酯地板的横截面。

具体实施方式

图1示出了配置为用于制造和施加聚氨酯地板101到地面103(参见图4)的设备100的示意图。

聚氨酯地板101基本上由两种反应组分，异氰酸酯组分和多元醇组分组成。根据地板所需的性能，可以加入各种聚氨酯形成成分，例如化学添加剂、压缩空气或其它添加剂。

添加剂可以影响地板的机械性能，对气候条件的耐受性，吸水性或地板的其它特性。

此外，添加剂可以影响加工性能，例如液态聚氨酯的粘度或固化时间。所使用的添加剂通常可以是泡沫稳定剂，例如高抗剪切硅酮泡沫稳定剂。

此外，可以使用催化剂来增强nco末端预聚物和/或聚合异氰酸酯一方面与高分子量多元醇之间的混合物的反应性。此外，可以使用颜料和uv稳定剂。

设备100包括用于聚氨酯的基本材料的罐102、104，其中第一罐102包含多元醇组分，第二罐104包含异氰酸酯组分。罐102、104分别通过管道108、110连接到混合单元106，在混合单元106中，组分被混合到用于聚氨酯地板的泡沫128。每个管道108、110包括阀112、114，用于分配从相应的罐102、104流到混合单元106的多元醇各自的异氰酸酯的量。管道108、110可以包括供应单元，例如泵。该设备可以是车辆。

此外，设备100包括用于聚氨酯形成成分的添加剂罐116，其通过管道118连接到混合单元106。管道包括阀120。设备100可以包括用于各种添加剂的各种添加剂罐，这取决于要添加到用于聚氨酯地板的泡沫128中的添加剂的所需数量。

混合单元106包括用于制造聚氨酯泡沫的装置。混合单元106通过管道122连接到配置为将泡沫128施加到地面103的施加单元124。施加单元124可以包括用于将泡沫128施加到地面103的各种数量的喷嘴。喷嘴可以在施加单元124的整个宽度上均匀地间隔开。

此外，设备100包括用于调平和平滑化所施加的泡沫128的调平单元126。调平单元126可以是位于注射单元124后面的设备100的驱动方向130上的刮刀。调平单元126配置为使所施加的泡沫的表面129平滑并且吸取多余的泡沫。

该设备包括用于在驱动方向130上驱动设备100的驱动单元131。

此外，可以提供用于测量环境条件的传感器132作为设备100的一部分。传感器132可以配置为测量空气温度、地面温度、相对湿度或其它气候条件。可以提供用于确定各种环境数据的各种传感器。

阀112、114、120，混合单元106，施加单元124，调平单元126，驱动单元和传感器132连接到控制单元134。控制单元134配置为接收由传感器132测量的环境数据，并且根据接收的环境数据来控制阀112、114、120，混合单元106，施加单元124，驱动单元131和调平单元126。

图2中示意性地示出了用上述设备将用于聚氨酯地板的泡沫施加于运动场地103的方法的第一实施例。

在这个实施例中，要施加聚氨酯地板的地面103是具有长度138和宽度140的矩形运动场地136。可以对地面103做预处理，例如平整和浇筑混凝土。设备100配置为施加具有宽度142的泡沫128的车道，所述宽度142小于运动场地136的宽度140。因此，在车道144、146、148中将泡沫施加到地面103，其中相邻的车道144、146、148彼此接触。优选地，在第一车道144的泡沫之后施加的第二车道146的泡沫立即连接到第一车道144的泡沫(参见图4)，使得第一车道144的侧边缘150与第二车道146的侧边缘152接触。调平单元126的形状比注射单元124宽，使得调平单元126可以使从第一车道144到第二车道146的转换平滑。

图2中示意性地示出了将用于聚氨酯地板的泡沫施加于运动场地103的方法的第二实施例。在该实施例中，地面是椭圆跑道场地。围绕施加泡沫128的场地驱动设备100。在第一车道144的起点处连接第二车道146，由此设备100径向向内移动，使得设备100的运动路线是螺旋形的。

独立于将泡沫施加到地面的几何形状，当施加相邻的第二车道146时，第一车道144的泡沫体应当处于液体状态。如果第一和第二车道144、146的泡沫128都是分别未固化的液体，则两个车道144、146的泡沫可以在接触区相混合和/或牢固地接合在一起，以改善聚氨酯地板的连续性。此外，调平单元126可平滑化表面129以产生均匀且平滑的表面。

因此，重要的是避免在施加第二车道146的泡沫之前第一车道144的泡沫固化。特别是炎热、干燥的气候条件以及具有巨大膨胀的地板，在将第二车道施加到地面103之前，固化过程可能已经开始。

为了避免早期固化过程，泡沫的混合和混合过程的工艺参数可以根据环境条件进行定制。环境数据由传感器132测量并发送到控制单元134。控制单元134控制阀112、114、120，使得所需的多元醇、异氰酸酯和添加剂的混合物相混合。此外，可以通过控制混合单元106来调节泡沫中的压缩空气或co2的量或其它工艺参数。

此外，控制单元可以将地面的几何形状，计划路径，每个车道144、146、148各自的长度，聚氨酯地板的厚度和设备100的速度考虑到确定泡沫128的混合物的工艺中，以确保在施加第二车道146的泡沫之前第一车道144的泡沫未固化。

在所描述的实施例中，传感器132附接到设备100，使得在设备100的位置测量环境条件。因此，可以使混合物和工艺参数连续地适应当前条件，从而可以实现泡沫128的固化时间恒定。

或者或另外，可以使用固定传感器。固定传感器可以位于地面103的各个位置，以便事先获得环境条件，进而对这些条件定制泡沫的混合物。在这些实施例中，传感器132可以通过任何无线连接(例如无线电连接或wlan连接)连接到控制单元134，由此传感器132包括发射器，并且控制单元134包括接收器。

如果各种传感器132分布在地面的不同位置，则这可以具有以下优点：可以补偿定位不好的传感器132的环境数据。例如，一个传感器可以定位在阴影处，使得该传感器的温度低于其余地面的温度。例如，可以定制混合物，使得工艺参数能够使用传感器测量的最差环境条件沉积泡沫。例如最高测量温度。或者，可以创建环境数据的映射，并且基于该映射和设备100的当前位置来连续地定制混合物和工艺参数。

此外，可以考虑附加的环境数据，例如天气预报、一天中的时刻或相对湿度。由于天气预报和一天中的时刻，可以预测工艺过程期间温度的升高，以使混合物和工艺参数适应温度升高。例如，可以从气象服务接收附加的环境数据。

环境数据可以在工艺过程开始时测量或连续地测量，以便连续地调整混合物和工艺参数以适应环境数据。环境数据可以存储到控制单元134的存储器中。存储的数据可以用于改善温度的预测或控制当前的混合过程。

在另一个实施例中，设备100的位置和/或速度可由附加传感器确定。通过该信息，控制单元134可以计算施加第一和第二车道之间的时间，计算所需的固化时间并适应混合物和泡沫的工艺参数。

附图标记列表

100：设备

101：聚氨酯地板

102：罐

103：地面

104：罐

106：混合单元

108：管道

110：管道

112：阀

114：阀

116：添加剂罐

118：管道

120：阀

122：管道

124：施加单元

126：调平单元

128：泡沫

129：表面

130：驱动方向

131：驱动单元

132：传感器

134：控制单元

136：运动场地

138：运动场地的宽度

140：运动场地的长度

142：施加单元的宽度

144：第一车道

146：第二车道

148：第三车道

150：第一车道的侧边缘

152：第二车道的侧边缘